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关于轻型混合动力电动汽车I型试验的解读

2019-05-16 00:29:58·  来源:EDC电驱未来  作者:蔡正雷  
 
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随着轻型汽车污染物排放限制及测量方法(中国第六阶段)的发布,距离2020-7-1国6a及2023-7-1国6b的排放限值标准的全面实施近在咫尺。国六标准整体较之前第五阶段
随着“轻型汽车污染物排放限制及测量方法(中国第六阶段)”的发布,距离2020-7-1国6a及2023-7-1国6b的排放限值标准的全面实施近在咫尺。国六标准整体较之前第五阶段标准有多方调整,国六标准不仅在排放物种类、排放限值方面有所改变,在测量排放物的试验方式上也发生了较大变化。因常温下冷启动后排气污染物排放试验(I型试验)是检测所有轻型汽车排放物是否满足限值标准的必要手段,故I型试验在整个排放标准中尤为重要。同时,随着国家政府大力推行新能源汽车的相关政策,混合动力电动汽车的前景也日益辽阔。因此,横向比较混合动力电动汽车的国六I型试验与第五阶段试验存在哪些差异之处,直观解读国六阶段混合动力车辆的试验如何高效完成以及其污染物排放量如何计算,都对混合动力电动汽车的开发、推广有重要意义。

1 混合动力电动汽车

混合动力电动汽车常分为可外部充电的混合动力电动汽车(off-vehicle charging hybrid electric vehicle)即OVC-HEV和不可外部充电的混合动力电动汽车(not off-vehicle charg -ing hybrid electric vehicle)即NOVC-HEV两大类,而这两类混合动力汽车均以两种动力源在汽车不同的行驶状态(如起步、低中速、匀速,加速,高速,减速或者刹车等)下分别工作或者一起工作,通过这种动力组合来达到最少的燃油消耗和尾气排放,从而实现省油和环保的目的[1]。

2 I型试验

国六阶段混合动力电动汽车的I型试验区别于国五混合动力的试验方法,国六阶段标准是将试验在电量消耗模式(CD)和电量保持模式(CS)两种工况下分别进行测试,从而在技术层面上达到更准确、更严格的限制汽车尾气排放值的目的。

2.1 OVC-HEV车辆的I型试验

对于OVC-HEV车辆,I型试验需要分别完成车辆在电量保持模式和电量消耗模式下的两次测试,且其最终污染物排放值是两次试验的污染物排放值综合计算的结果。

2.1.1 OVC-HEV的电量消耗模式I型试验

电量消耗模式也即是车辆行驶过程中,REESS系统中能量是平均减少的过程。而整个电量消耗模式测试的试验流程也基本固化为预处理阶段、浸车充电阶段、电量消耗I型试验阶段、再次充电阶段等四个阶段。

在电量消耗模式I型试验之前,需要对测试车辆进行有效的预处理以及充电浸车,从而保证在正式试验过程中各类排放物的准确性。相较国五混动车辆试验的预处理过程中测试车辆需行驶至发动机启动[2]的判定条件不同,国六中预处理阶段完成的终止判决条件更改为相对电量变化REECi< 0.04。其中REECi为电量消耗模式在测试循环i中的相对变化量,其计算公式为:

REECi =3600×|∆EREESS,i|/Ecycle

这也意味着国六试验阶段的预处理过程会包含更多的WLTC循环,预处理持续时间更长、预处理终止条件更为苛刻。同时,在之后的充浸车过程,相较之前规定不同,国六标准也是明确指出在电量消耗模式中不许对测试车辆采取强制冷却手段。所以,在正式的I型试验之前,国六标准中需要更充分细致的前期准备工作。而正式开始I型试验时,同样会进行在预处理过程中关于相对电量变化的判定,也即是若在第n+1个WLTC循环完成时,该循环发生的相对电量变化满足判定条件REECi<0.04时,则电量消耗模式I型试验需共经历n+1个WLTC循环后关闭试验车辆动力系统且试验结束。试验结束120min内需对测试车辆的REESS系统进行充电并且测量车辆充至满电状态的充电电量E以及持续时间t。

图1 电量消耗模式电量变化示意图

图1所展示的是电量消耗模式下REESS系统的变化曲线,能直观看到各个阶段试验车辆动力系统所处状态,并记录终止试验判定条件生效的所在的WLTC循环。

2.1.2 OVC-HEV的电量保持模式I型试验

电量保持模式也即是车辆行驶过程中,REESS系统能量保持在平衡状态下。而整个电量保持模式测试的试验流程同样划分为车辆放电阶段、预处理阶段、浸车阶段、电量保持I型试验阶段、充电阶段等五个阶段。该模式相较电量消耗模式不同的是,此模式试验周期更短,但污染物排放值相较更大。

同样,在进行正式I型试验之前,也需要进行相应准备工作。不同于电量消耗模式的是测试车辆需先放电至REESS的电平衡状态再进行车辆的预处理过程,而与电量消耗模式相同的是预处理是否完成的终止判定条件都为相对电量变化REECi<0.04。而值得一提的另一点在于在电量保持模式下的浸车过程能采取强制冷却措施。

在正式进行电量保持模式I型试验时,因存在REESS电量变化影响整车污染物排放值的可能,所以在测试循环完成后需对整个试验的有效性进行判断,也即是判定REESS系统是否处于放电状态且修正标准c>0.01,若两者同时满足则判定此次试验无效,反之试验有效。其中修正标准c【3】为REESS电量变化∆EREESS,CS的绝对值和燃料能量当量之比,其计算公式为:

c=|∆EREESS,CS|/Efuel,

当判定试验有效时,试验结束,且需在试验结束120min内对测试车辆的REESS系统进行充电并且测量车辆充至满电的充电电量E以及持续时间t。

图2 电量保持模式电量变化示意图

图2所展示的电量保持模式下REESS系统的变化曲线,能直观看到各个阶段试验车辆动力系统所处状态。

2.1.3 OVC-HEV的污染物排放计算

OVC-HEV需完成两种模式下的I型试验,故其污染物排放值也由上述两个模式下分别所测的污染物排放值综合计算而来。

在电量消耗模式下,因整个试验过程涉及多个WLTC循环,故其污染物排放结果为多个循环的合结果,其计算公式为:


由公式可以看出,电量消耗模式下污染物排放量由各个WLTC循环污染物排放量用纯电利用系数UFj加权计算而来。

在电量保持模式下,因整个试验过程相似于汽油车的I型试验,故其污染物排放值近似于设备实测污染物排放值。不同点在于因REESS系统存在放电可能,会减小实际污染物排放值,故需根据电量保持模式I型试验中计算而来的修正标准c的值来判断是否需要对此模式下的CO2排放值进行补偿修正。当在试验有效的情况下,若REESS处于放电状态且c值大于0.005时,则此模式下CO2排放值便需修正,从而达到让污染物排放值的最终输出值更为准确的目的。

在得到两种模式下污染物排放量时,只需将其结果再次利用纯电利用系数UFj加权处理,便可计算得到OVC-HEV车辆的综合污染物排放值,其计算公式为:


式中,可看出OVC-HEV的排放值由两种模式下排放值相应修正后的值相加而来。

2.2 NOVC-HEV的I型试验

对于NOVC-HEV车辆,I型试验仅需完成车辆电量保持模式的一次试验,其最终污染物排放值则需根据修正标准c数值进行相应修正处理。

因NOVC-HEV车辆仅需完成电量保持模式的I型试验,故其试验过程及污染物排放值修正计算均与2.1.2中 OVC- HEV的电量保持模式I型试验保持一致。其最终污染物排放结果也仅需按修正标准c的值修正即可。

3 结论

综上,混合动力电动汽车的两大类别车型在车辆开发阶段调试污染物排放值时,所需检测的试验类型、数量都不尽相同。对于OVC-HEV,I型试验需分两种模式分别完成,导致试验整体周期长、试验项目过程冗杂、试验判定条件苛刻以及最终污染物排放值计算困难。因此,检测该类型车辆污染物排放量时,所投入的时间、成本均相对较高。对于NOVC-HEV车辆,I型试验仅需完成一种模式下的试验,且该模式相对简单,故试验整体过程容易把控。但因市场需求,OVC-HEV相较NOVE-HEV的发展趋势更为猛烈,故如何提高OVC-HEV车辆I型试验的效率及其准确性值得进一步深究。
 
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